Однако большинство катализаторов основано на драгоценных металлах, таких как палладий, родий, рутений, иридий и осмий, которые становятся все более дорогими из-за истощения ресурсов.Более того, использование тяжелых металлов в качестве катализаторов в фармацевтической и сельскохозяйственной промышленности имеет ограничения из-за токсичности.
Таким образом, существует острая необходимость в изучении эффективных и многочисленных заменителей редких и токсичных металлов, используемых в настоящее время в катализе.Железо — готовый доступный, недорогой и экологически чистый металл, представляющий собой идеальную альтернативу драгоценным металлам.
Однако железо не было разработано в качестве катализатора в такой степени, как другие переходные металлы, в отношении использования в органических превращениях, особенно в асимметричных процессах.В новой статье под названием «Катализируемые железом превращения диазосоединения», опубликованной в пекинском журнале National Science Review, ученые Шоуфэй Чжу и Цилинь Чжоу из Нанкайского университета в портовом городе Тяньцзинь на востоке Китая представляют обзор о последних достижениях в изучении реакций диазопревращения, катализируемых железом.Превращения диазосоединений, катализируемые переходными металлами, широко используются в органическом синтезе. Катализаторы, используемые в реакциях диазосоединений, обычно получают из родия, рутения и меди.
Железо может легко изменяться в своей степени окисления и проявлять отчетливый характер кислоты Льюиса. Железо может катализировать различные превращения диазосоединений (см. Схему 1).Например, железный катализатор может атаковать ?-углерод диазосоединения 1, и последующая потеря азота приводит к образованию карбена железа или карбеноидов 3 и 3?. (процессы а и б).
Карбен или карбеноид железа могут подвергаться различным реакциям переноса карбена, включая циклопропанирование олефинов I (процесс c), внедрение связи CH в углеводороды II (процесс d) или образование илида с гетероатомсодержащими соединениями, несущими неподеленную пару III (процесс д). Активированные железом диазосоединения 2 и 2? может также образовывать илиды, подвергаясь реакции замещения гетероатомсодержащими соединениями III (процесс f).Кроме того, железо может действовать как катализатор кислоты Льюиса и активировать электрофилы, такие как имины и альдегиды, которые реагируют с диазосоединением 1 (процесс g).Хотя диазопревращение с участием железа не было обнаружено до 1990-х годов, оно обладает некоторыми уникальными преимуществами.
Например, порфирины железа являются одними из наиболее эффективных катализаторов реакции циклопропанирования олефинов, которые проявляют толерантность к воде, а также к некоторым кислотам и основаниям; Комплексы с железом хиральных спиробисоксазолинов обеспечивают самый высокий уровень энантиоселективности при вставках связей O-H спирта и воды.Другими явными преимуществами, которые железные катализаторы демонстрируют по сравнению с другими катализаторами, являются диазопревращения с участием илидных промежуточных соединений, таких как олефинантон, и перегруппировка илидов аммония.
Эти примеры ясно показывают, что потенциал диазопревращений, катализируемых железом, огромен, хотя предстоит еще долгий путь. В будущем разработка новых и легко настраиваемых железных катализаторов станет ключевым вопросом в этой области исследований.